Question

【題目】鍺(Ge)是典型的半導(dǎo)體元素，在電子、材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。回答下列問題：

(1)基態(tài)Ge原子的核外電子排布式為[Ar]________，有________個未成對電子。

(2)Ge與C是同族元素，C原子之間可以形成雙鍵、叁鍵，但Ge原子之間難以形成雙鍵或叁鍵。從原子結(jié)構(gòu)角度分析，原因是_______________________________。

(3)比較下列鍺鹵化物的熔點和沸點，分析其變化規(guī)律及原因_____________________。

(4)光催化還原CO2制備CH4反應(yīng)中，帶狀納米Zn2GeO4是該反應(yīng)的良好催化劑。Zn、Ge、O電負(fù)性由大至小的順序是________________。

(5)Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，其中Ge原子的雜化方式為____________，微粒之間存在的作用力是________________。

(6)晶胞有兩個基本要素：

①原子坐標(biāo)參數(shù)，表示晶胞內(nèi)部各原子的相對位置，下圖為Ge單晶的晶胞，其中原子坐標(biāo)參數(shù)A為(0,0,0)；B為(1/2，0，1/2)；C為(1/2，1/2，0)。則D原子的坐標(biāo)參數(shù)為________。

②晶胞參數(shù)，描述晶胞的大小和形狀，已知Ge單晶的晶胞參數(shù)a＝565.76 pm，其密度為________g·cm－3(列出計算式即可)。

Answer 1

【答案】3d104s24p2 2 Ge原子半徑大，原子間形成的σ單鍵較長，pp軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵 GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點依次增高。原因是分子結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量依次增大，分子間相互作用力逐漸增強 O＞Ge＞Zn sp3 共價鍵 ( ，，)

【解析】

（1）Ge是32號元素，位于第四周期第IVA族，基態(tài)Ge原子核外電子排布式為[Ar]3d104s24p2；

（2）Ge原子半徑大，難以通過“肩并肩”方式形成π鍵；

（3）鍺的鹵化物都是分子晶體，相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越強，熔沸點越高；

（4）元素的非金屬性越強，吸引電子的能力越強，元素的電負(fù)性越大；

（5）①Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，Ge原子與周圍4個Ge原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間延伸的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體；②Ge單晶具有金剛石型結(jié)構(gòu)，則晶胞中Ge原子數(shù)目為8，結(jié)合阿伏伽德羅常數(shù)表示出晶胞的質(zhì)量，再根據(jù)ρ=m/V計算晶胞密度。

(1)鍺為32號元素，根據(jù)原子核外電子的排布規(guī)律，可寫出其電子排布式為1s22s22p63s23p63d104s24p2，其核外電子排布簡式為[Ar]3d104s24p2，其中4p能級有2個未成對電子，故答案為：3d104s24p2；2；

(2) 雖然Ge與C是同族元素，C原子之間可以形成雙鍵、叁鍵，但考慮Ge的原子半徑大，難以通過“肩并肩”方式形成π鍵，所以Ge原子之間難以形成雙鍵或叁鍵，

故答案為：Ge原子半徑大，原子間形成的σ單鍵較長，pp軌道肩并肩重疊程度很小或幾乎不能重疊，難以形成π鍵；

(3)由表中數(shù)據(jù)可知，鍺的鹵化物都是分子晶體,分子間通過分子間作用力結(jié)合,對于組成與結(jié)構(gòu)相似的分子晶體,相對分子質(zhì)量越大,分子間作用力越強,熔沸點越高,由于相對分子質(zhì)量：GeCl4<GeBr4<GeI4,故沸點：GeCl4<GeBr4<GeI4，故答案為：GeCl4、GeBr4、GeI4的熔、沸點依次增高。原因是分子結(jié)構(gòu)相似，分子量依次增大，分子間相互作用力逐漸增強；

(4)Zn、Ge、O三種元素中，Zn和Ge是金屬元素，O是非金屬元素。O的電負(fù)性比Zn和Ge的大，又根據(jù)同周期元素的電負(fù)性從左到右逐漸增大的規(guī)律，可知電負(fù)性：O＞Ge＞Zn，故答案為O＞Ge＞Zn；

(5)由于鍺單晶具有金剛石型的結(jié)構(gòu)，故每個鍺原子與相鄰的四個鍺原子形成四個共價鍵，其原子軌道雜化類型為sp3雜化，故答案為： sp3 ；共價鍵；

(6)①由Ge單晶晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，可知D原子與A原子及位于3個相鄰面面心的3個原子構(gòu)成了正四面體結(jié)構(gòu)，D原子位于正四面體的中心，再根據(jù)A、B、C三個原子的坐標(biāo)參數(shù)可知D原子的坐標(biāo)參數(shù)為(，，)，故答案為：(，，)；②由鍺單晶的晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，可知該晶胞中位于頂點的有8個原子，位于面心的有6個原子，位于內(nèi)部的有4個原子，則一個晶胞中所含有的鍺原子個數(shù)為8×＋6×＋4＝8，再由晶胞參數(shù)可知該晶胞的邊長為565.76 pm的正方體，則其密度為：，故答案為：。